第二章 烷烃.ppt

第二章烷烃 有机化学 只由碳和氢两种元素组成的有机化合物叫碳氢化合物 简称烃 hydrocarbon 烷烃 alkane 是烃的一种 1 碳原子的四面体概念 van tHoff和LeBel同时提出碳正四面体的概念 他们认为碳原子相连的四个原子或原子团 不是在一个平面上 而是在空间分布成四面体 碳原于位于四面体的中心 四个原子或原子团在四面体的定点上 一 几个概念 2 碳的sp3杂化 原子轨道杂化理论设想碳原子在形成烷烃时 碳原子的2s轨道中的一个电子跃迂到2p轨道上去 碳就有了四价 杂化轨道理论还认为 这四个轨道能量上相等 sp3杂化轨道示意图 3 甲烷的结构 棍球模型 Kekule模型 泥球模型 Stuart 正四面体构性 C H键长 0 109nm HCH 109 28 4 乙烷的结构 5 烷烃分子式在平面上的表示 电子式 蛛网式 构造式 简式 CH4 CH3CH2CH2CH2CH3或CH3 CH2 3CH3 碳干式 键线式 6 碳原子的级数 通常直接和一个碳原子相连的碳称为伯 primary 碳 又称第一 1 碳 直接和两个碳原子相连的碳称为仲 secondary 碳 又称第二 2 碳 直接和三个碳原子相连的碳称为叔 tertiary 碳 又称第三 3 碳 直接和四个碳原子相连的碳称为季 quaternary 碳 又称第四 4 碳 与伯 仲 叔碳相连的氢分别称为伯氢 仲氢 叔氢 二 同系列及同分异构现象 1 同系列 有何发现 相邻烷烃间都相差一个CH2 具有通式CnH2n 2 凡具有同一个通式 结构相似 化学性质也相似 物理性质则随着碳原子数的增加而有规律的变化的化合物系列称同系列 同系列中的化合物互称为同系物 2 同分异构 甲烷 CH4乙烷 C2H6丙烷 C3H8丁烷 C4H10 具有相同的分子式 但属于不同结构的物质 彼此互为同分异构体 这种异构是由于分子中碳原子的排列方式不同引起的 称为构造异构 随着碳原子数的增加 烷烃的异构体数目也迅速增加 戊烷 C5H12 三 烷烃的命名 1 普通命名法 较简单的烷烃往往采用普通命名法 含1 10个碳的烷烃 词首采用甲 乙 丙 丁 戊 己 庚 辛 壬 癸表示 从十一起用数字表示 称十一烷 十二烷等 正 n 表示直链烷烃 异 i 表示一端有结构的烷烃 新 neo 表示含有结构的烷烃 对于简单的异构体烷烃 往往采用正 normal 异 iso 新 neo 词头表示 烷烃的英文名称是以 ane 为词尾 2 系统命名法 IUPAC法 1 烷基 烷烃中去掉一个氢生成的一价原子团称为烷基 通式为CnH2n 1 常用R 表示 相应的英文名称是把 ene 改为 yl 记住教材p6表2 3中的各种基团 2 命名原则 i 直链烷烃命名与普通命名原则相同 不需要加正字 根据碳原子的个数叫某烷 ii 把支链烷烃作为直链烷烃的衍生物命名 第一步 选择含碳原子数最多的碳链为主链 看作母体 称为某烷 主链外的支链作为取代基 如果出现了两个等长的碳链 则选取代基多的为主链 2是正确的选择 1 2 母体 母体 取代基 取代基 第二步 从最接近取代基的一端开始 用阿拉伯数字 1 2 3 对主链碳进行编号 使取代基编号依次最小 3 甲基戊烷 2 甲基戊烷 当有几种编号的可能时 选择取代基具有 最低系列 的编号 2 5 72 4 7 iii 名称的书写次序按取代基位次 取代基名称 母体名称的次序书写 3 甲基戊烷 有几个相同的取代基时 应并作在一起 其数目用汉字 二 三 四 表示 表示取代基位置的两个或几个阿拉伯数字之间应用逗号分开 3 3 二甲基戊烷 当有几种取代基时 按 次序规则 排列 较优先的基团后列出 甲基 乙基 丙基 丁基 戊基 异戊基 异丁基 新戊基 异丙基 仲丁基 叔丁基 2 甲基 3 乙基戊烷 2 ethyl 3 methylpaentane 英文名称则按取代基的字母顺序排列 用di tri tetra表示二 三 四 练习 3 3 4 5 四甲基 4 乙基庚烷 四 烷烃的构象 1 分子立体结构的表示方法 A 楔形透视式 实线表示在纸平面上的键 虚线表示伸向纸平面后方的键 楔形表示伸向纸平面前方的键 B 锯架透视式 用于表示含两个或两个以上碳原子的有机化合物的立体结构 在锯架式中 所有键均用实线表示 透视式比较直观 通过透视式可以很容易想到分子的模型 反之亦然 C 纽曼 NewmanMS 投影式 把乙烷分子的凯库勒模型方在纸面上 沿C C键的轴线投影 以表示前面的碳原子及其键 以表示后面的碳原子及其键 D 费歇尔投影式 所谓构象是指一定构造的分子通过单键的旋转 而形成各原子或原子团的种种空间排布 一个有机化合物可能有无穷多的构象 它们互为异构体 称为构象异构 2 乙烷的构象 为了直观地表示烷烃的立体形象 常用透视式和纽曼式表示 乙烷有两种典型构象 交叉式和重叠式 交叉式构象 重叠式构象 楔形透视式 锯架透视式 纽曼式 在室温时 乙烷分子中的C C键能迅速旋转 不能分离出乙烷的某一构象 乙烷的位能与构象关系图 2 丁烷的构象 丁烷的位能与构象关系图 3 高级烷烃的构象 戊烷 己烷 在气态和液态下 各种构象迅速互相转变 而在晶体中 分子排列在刚性的晶格中 运动受到阻碍 因此不发生构象的转变 直链烷烃在晶体中 碳链排列称锯齿形 五 烷烃的性质 1 烷烃的物理性质 外观 状态颜色气味物理常数 沸点 bp 熔点 mp 折光率 n 旋光度 密度 D 溶解度偶极矩 光谱特征 烷烃熔点的特点 1 随相对分子质量增大而增大 2 偶数碳烷烃比奇数碳烷烃的熔点升高值大 如右图 3 相对分子质量相同的烷烃 叉链增多 熔点下降 奇数碳 偶数碳 熔点高低取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度 1 熔点 烷烃沸点的特点 1 沸点一般很低 非极性 只有色散力 2 随相对分子质量增大而增大 运动能量增大 范德华引力增大 3 相对分子质量相同 叉链多 沸点低 叉链多 分子不易接近 沸点大小取决于分子间的作用力 2 沸点 分子间接触面积大作用力强 分子间接触面积小作用力弱 bp 36 bp 9 5 烷烃的密度均小于1 0 424 0 780 偶极矩均为0 烷烃不溶于水 溶于非极性溶剂 3 密度 4 饱和烃的偶极矩 5 溶解度 烷烃异构体的熔点 沸点规律 支链较多烷烃 熔点高 沸点低 支链较少烷烃 沸点高 熔点低 2 化学性质 1 卤代反应 i 甲烷的氯代 甲烷的氯代反应较难停留在一取代的阶段 氯代烷可以继续氯代生成二氯甲烷 三氯甲烷 四氯化碳 X CH3 H CH3 H X FClBrI 439 3 568 2431 8366 1298 3 128 9 7 5 73 2 141 H KJ mol Ea KJ mol 4 2 16 7 75 3 141 总反应热 KJ moL F 426 8 Cl 104 6 Br 30 96 I 53 97 1 氟代反应难以控制 2 碘代反应一般不用 碘自由基是不活泼的自由基 3 氯代和溴代反应常用 氯代比溴化反应快5万倍 ii 甲烷卤代反应活性的比较 iii 烷烃氯代反应的选择性 V V 28 6 72 4 1 4 1oH 2oH 1oH V V 63 9 37 1 1 5 3 3oH 3oH 2oH 1oH V V V 1 82 1600 iv 烷烃溴代反应的选择性 氯代反应和溴化反应都有选择性 但溴代反应的选择性比氯代反应高得多 溴化 反应机理 链引发 链增长 链终止 H 7 5KJ molEa 16 7KJ mol H 112 9KJ molEa 8 3KJ mol 2 自由基反应 一级碳自由基 带有孤电子的原子或原子团称为自由基 含有孤电子碳的体系称为碳自由基 三级碳自由基 二级碳自由基 自由基的结构特点 平面型 自由基的定义 自由基的产生 热均裂产生 辐射均裂产生 单电子转移的氧化还原反应产生 光 H2O2 Fe2 HO HO Fe3 RCOO RCOO e 电解 自由基的稳定性 H 359 8kJ mol 88kcal mol 苯甲基自由基稀丙基自由基三级丁基自由基异丙基自由基 乙基自由基甲基自由基苯基自由基 共价键均裂时所需的能量称为键解离能 键